La interacción de las nanopartículas con las membranas celulares
Las NP tienen dimensiones de orden molecular. Los mismos tamaños pequeños que les imparten unas propiedades únicas y exóticas también les permiten invadir células. Por lo tanto, se requieren modelos basados en datos realistas para predecir la toxicidad de NP nuevas con una experimentación mínima en animales en una fase temprana del diseño. La finalidad del proyecto MEMBRANENANOPART (Modelling the mechanisms of nanoparticle-lipid interactions and nanoparticle effects on cell membrane structure and function), financiado con fondos europeos, fue desarrollar modelos de las interacciones de las NP con las membranas celulares. El objetivo, en última instancia, era crear herramientas de evaluación de la toxicidad y facilitar la producción de nanomateriales que sean seguros por diseño. La principal herramienta de investigación del equipo del proyecto fue la simulación por ordenador de los procesos de interacción que tienen lugar a escala molecular. En los modelos elaborados en el proyecto se describió la capa de adsorción proteínica (corona de proteínas) que se forma sobre la superficie de las NP a su entrada a los medios biológicos. El trabajo sobre la dinámica molecular permitió la optimización de los campos de fuerza atomísticos para modelar interfases duras y blandas, como las zonas de contacto entre las NP inorgánicas sólidas y las biomoléculas. Con un modelo común de granulometría gruesa de un glóbulo de proteínas, el equipo estudió la adsorción de las proteínas plasmáticas más comunes en superficies de NP genéricas. Estos modelos describieron también de qué modo las NP atraviesan la membrana celular. Asimismo, el equipo estudió la traslocación de NP de óxido de titanio a través de las monocapas y bicapas de lípidos. El equipo de MEMBRANENANOPART concretó las dificultades que entraña modelizar la interfaz entre NP y biomolécula y propuso soluciones. Los modelos creados permitieron evaluar los principios de la formación de coronas de proteínas en las NP y clasificar las biomoléculas en función de su afinidad de enlace a las NP. Se determinaron las propiedades de las NP influyendo en su interacción con proteínas plasmáticas y membranas celulares. Los modelos de simulación de granulometría gruesa fueron validados en simulaciones y experimentos detallados. Por último, el consorcio desarrolló un protocolo para la evaluación de la toxicidad de las NP empleando diversos indicadores bioquímicos y biomoleculares. Los resultados del proyecto MEMBRANENANOPART proporcionaron herramientas de predicción para que los diseñadores de NP asocien las propiedades fisicoquímicas de las NP con una posible toxicidad celular. Este método de evaluación tan riguroso, que conlleva un uso mínimo de pruebas in vivo, garantizará el diseño de nanomateriales seguros tanto para los seres humanos como para el medio ambiente.
Palabras clave
Nanopartículas, membrana celular, toxicidad, MEMBRANENANOPART, simulación por ordenador
